Lysbøjningsteknologi krymper kilometerlangt strålingssystem til millimeters skala

DESY -acceleratorfaciliteten i Hamborg, Tyskland, går i miles for at være vært for en partikel, der laver kilometerlange omgange med næsten lysets hastighed. Nu har forskere krympet en sådan facilitet til størrelsen af ​​en computerchip.

Et University of Michigan -team i samarbejde med Purdue University skabte en ny enhed, der stadig rummer hastighed langs cirkulære stier, men til at producere lavere lysfrekvenser i terahertz -anvendelsesområdet, såsom identifikation af forfalskede dollarsedler eller skelnen mellem kræft og sundt væv.

"For at få lys til at kurve, du skal forme hvert stykke af lysstrålen til en bestemt intensitet og fase, og nu kan vi gøre dette på en ekstremt kirurgisk måde, "sagde Roberto Merlin, University of Michigan's Peter A. Franken Collegiate Professor of Physics.

Værket er offentliggjort i tidsskriftet Videnskab . Ultimativt, denne enhed kunne bekvemt tilpasses til en computerchip.

"Jo flere terahertz -kilder vi har, des bedre. Denne nye kilde er også usædvanligt mere effektiv, endsige at det er et massivt system skabt i millimeterskala, "sagde Vlad Shalaev, Purdues Bob og Anne Burnett Fremstående professor i el- og computerteknik.

Enheden, som forskere fra Michigan og Purdue byggede, genererer såkaldt "synkrotron" -stråling, som er elektromagnetisk energi, der afgives af ladede partikler, såsom elektroner og ioner, der bevæger sig tæt på lysets hastighed, når magnetfelter bøjer deres veje.

Flere faciliteter rundt om i verden, ligesom DESY, generere synkrotronstråling for at studere en lang række problemer fra biologi til materialevidenskab.

Men tidligere bestræbelser på at bøje lys for at følge en cirkulær vej er kommet i form af linser eller rumlige lysmodulatorer, der er for omfangsrige til on-chip-teknologi.

Et team ledet af Merlin og Meredith Henstridge, nu en postdoktor ved Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter, erstattede disse mere omfangsrige former med omkring 10 millioner små antenner trykt på en litiumtantalitkrystal, kaldet en "metasurface, "designet af Michigan -teamet af Anthony Grbic og bygget af Purdue -forskere.

Forskerne brugte en laser til at producere en puls af synligt lys, der varer i en billionion af et sekund. Antennearrayet får lyspulsen til at accelerere langs en buet bane inde i krystallen.

I stedet for at en ladet partikel spiraler i kilometer ad gangen, lyspulsen fortrængte elektroner fra deres ligevægtspositioner for at skabe "dipolmomenter." Disse dipolmomenter accelererede langs lyspulsens buede bane, resulterer i emission af synkrotronstråling meget mere effektivt ved terahertz -området.

"Dette er ikke bygget til en computerchip endnu, men dette arbejde viser, at synkrotronstråling i sidste ende kan hjælpe med at udvikle terahertz-kilder på chip, "Sagde Shalaev.